(57)【要約】【課題】半導体装置を一層薄くできるとともにその製造時又は実装後に発生する熱により不具合が生じないようにして、安定した構造の信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】両面を電気的に接続するためのビアホール２が設けられた、ガラス転移温度が３００℃以上のフィルム基材３と、基材フィルム３の両面又は片面に形成された配線パターン４と、フィルム基材３の一方の面に実装された半導体素子５と、この半導体素子５を封止した封止樹脂層６と、フィルム基材３の他方の面に設けられ、ビアホール２と接合されたバンプ電極７と、から構成される半導体装置１。【選択図】図１
2007073593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面を電気的に接続することができるビアホールが形成された、ガラス転移温度が３００℃以上のフィルム基材と、
前記フィルム基材の両面又は片面に形成された配線パターンと、
前記フィルム基材の一方の面に実装された半導体素子と、
前記実装された半導体素子を封止した封止樹脂層と、
前記フィルム基材の他方の面に設けられ、前記ビアホールと接合されたバンプ電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子が、はんだを介して前記フィルム基材に接着されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ビアホールが、はんだで埋め込まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記バンプ電極が、はんだボールであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記バンプ電極が、前記ビアホールの直下に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記フィルム基材の引張り弾性率が３０００ＭＰａ以上で、かつ、熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項７】
ガラス転移温度が３００℃以上のフィルム基材の両面又は片面に、配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、
配線パターンが形成されたフィルム基材に貫通孔を形成し、該貫通孔の表面を金属めっきしてビアホールを形成するビアホール形成工程と、
前記フィルム基材の一方の面において、前記配線パターンと半導体素子とを接続する半導体実装工程と、
前記半導体実装工程で実装された半導体素子を絶縁性の封止樹脂で封止する半導体封止工程と、
前記フィルム基材の他方の面において、前記ビアホールと接合したバンプ電極を形成するバンプ電極形成工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ビアホール形成工程が、金属めっきされた貫通孔に、さらにはんだを埋め込むことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記バンプ電極がはんだボールであることを特徴とする請求項７又は８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記バンプ電極がビアホールの直下に形成されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子から発生する熱の放熱性に優れた、耐熱性のフィルム基材からなる薄型の半導体装置及びその半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、家電用機器、情報機器、自動車などの輸送機器など、きわめて広範な分野において電子機器の小型化、薄型化に資するものとして、データ処理の高速化、高機能化、大容量化と共に小型化に向けて開発が進められている。 
【０００３】
一例として、外径寸法を半導体チップ（素子）サイズと同等またはわずかに大きい半導体パッケージとする、いわゆるチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が知られている。これは半導体ウェハ上に多数の半導体チップを形成し、その半導体ウェハの上部を樹脂封止し、その後ダイシングにより個々の半導体装置に分割して完成させたものである。
【０００４】
このような半導体装置として、半導体素子がパワートランジスタやパワー集積回路装置などの高出力の素子を用いたものは、ＯＡ機器、携帯電子機器などの電子回路の安定化電源に多用されているスイッチングレギュレータ、ノートパソコンまたは携帯電話の充電回路、液晶パネルのバックライト制御などに用いられており、近年、その用途が急速に広がっている。しかしながら、半導体素子が高出力であるため素子自体の発熱量が多く、その熱対策が大きな技術課題となっていた。
【０００５】
この熱対策として、例えば、ヘッダをプリント配線板に形成されたフットパターンにリフロー半田付けすることで、半導体ペレットの発熱を熱伝導によってプリント基板に放出したり（例えば、特許文献１参照）、電気回路が形成された絶縁体基板を金属板上に載設した構造としたり（例えば、特許文献２参照）する等の各種構造の工夫検討等がなされている。
【０００６】
また、基板としてフィルムを採用して薄型化を図る場合は、基材強度が十分でないため、特に難易度が高く、使用用途が限られてしまっているが、その改善検討もなされており、例えば、軟質樹脂の両面に第１の導電箔と第２の導電箔を形成し、ボンディング時に第２の導電箔が軟質樹脂前面を支持することができるようにした半導体装置の製造方法が知られている（例えば、参考文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−１４６５２９号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３３７２号公報
【特許文献３】特開平２００２−１７６１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および２に記載されている発明は、薄型の半導体装置における熱対策としては、その応用が十分に図れず、特許文献３記載の発明では、基板を構成するフィルム材料に、汎用のポリエステル、ポリイミド等の熱可塑性樹脂を用いているため、支持基板は、その半導体装置の製造工程における半導体チップ接着時、取出し電極のワイヤボンディング時、樹脂封止時等の熱工程において変形し、そのため電極の位置ずれが発生してしまい、さらに、半導体チップで発生した熱を放熱するには不十分であった。
【０００８】
そこで、本発明は、半導体装置を一層薄くできるとともにその製造時又は実装後に発生する熱により不具合が生じないようにして、安定した構造の信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置は、両面を電気的に接続するためのビアホールが形成された、ガラス転移温度が３００℃以上のフィルム基材と、フィルム基材の両面又は片面に形成された配線パターンと、フィルム基材の一方の面に実装された半導体素子と、実装された半導体素子を封止した封止樹脂層と、フィルム基材の他方の面に設けられ、ビアホールと接合されたバンプ電極と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、ガラス転移温度が３００℃以上のフィルム基材の両面又は片面に、配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、配線パターンが形成されたフィルム基材に貫通孔を形成し、該貫通孔の表面を金属めっきしてビアホールを形成するビアホール形成工程と、フィルム基材の一方の面において、配線パターンと半導体素子とを接続する半導体実装工程と、半導体実装工程で実装された半導体素子を絶縁性の封止樹脂で封止する半導体封止工程と、フィルム基材の他方の面において、ビアホールと接合したバンプ電極を形成するバンプ電極形成工程と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置によれば、薄型であって、放熱性の優れたものであるため、小型化した装置への応用に用いることができ、さらに、動作を安定させることができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００１２】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記のような信頼性の高い半導体装置を安定に供給することができ、さらに、このような半導体装置を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体装置および半導体の製造方法について、以下、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の半導体装置の一実施形態を概略的に示した断面図であり、図２は、図１におけるビアホールの形態を示した一部拡大断面図である。
【００１４】
本発明の半導体装置１は、両面を電気的に接続するためのビアホール２が設けられた、ガラス転移温度が３００℃以上のフィルム基材３と、基材フィルム３の両面又は片面に形成された配線パターン４と、フィルム基材３の一方の面に実装された半導体素子５と、この半導体素子５を封止した封止樹脂層６と、フィルム基材３の他方の面に設けられ、ビアホール２と接合されたバンプ電極７と、から構成されるものである。
【００１５】
本発明に用いるフィルム基材３は、半導体素子から発生する熱によって、溶融したりして基材形状を保持できなくなる等の不具合を生じないようにした耐熱性を有するものであり、ガラス転移温度が３００℃以上の材質からなるものである。したがって、高出力であって、発熱量も多い半導体素子として、パワートランジスタやパワー集積回路等を半導体素子として用いた場合でも不具合を生じることがない。
【００１６】
このフィルム基材３としては、有機フィルム基材、例えば、ポリイミド、全芳香族ポリアミド等の材質からなるものであることが好ましく。中でも、高い弾性率および低い熱膨張係数を有する全芳香族ポリアミドフィルムが好ましい。
【００１７】
このフィルム基材は、さらに、フィルムの強度が強く、かつ、熱による変形等の不具合が生じないものとして、引っ張り弾性率が３０００ＭＰａ以上、好ましくは６０００〜２５０００ＭＰａ、熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以下、好ましくは−１０〜２０ｐｐｍ／℃の物性を有するものであることが好ましい。なお、上記したフィルム基材の物性の測定方法として、ガラス転移温度は動的熱機械分析ＤＭＡ法（昇温条件２０℃／分）、引っ張り弾性率はＡＳＴＭ  Ｄ８８２、熱膨張係数は熱機械分析ＴＭＡ法（昇温条件２０℃／分）で求めたものである。
【００１８】
具体的には、全芳香族ポリアミドで形成されたフィルムであるアラミカ（帝人アドバンストフィルム社製、商品名）等が挙げられる。このアラミカは、ガラス転移温度が３５５℃、熱膨張率が±１ｐｐｍ／℃、弾性率が１５０００ＭＰａの特性を有するものである。
【００１９】
また、このフィルム基材３は、薄型化、小型化の要請から１５０μｍ以下の厚さのものを用いることができるが、半導体装置の製造を安定に行うことができる強度との兼ね合いから、その厚さが１０〜１００μｍであることが好ましく、２０〜７０μｍであることが特に好ましい。
【００２０】
また、このフィルム基材３には、両面を電気的に接続するためのビアホール２が設けられており、このビアホール２は、フィルム基材３の両面又は片面に形成された配線パターン４と接続され、フィルム基材３の両面の電気的な接続を可能とするものである。したがって、両面に配線パターンが形成されている場合は、それぞれの配線パターンを導通し、片面に形成されている場合は、他方の面においてバンプ電極と接続されており、他の配線パターンとの接続を可能とするものである。このビアホール２は、フィルム基材３の貫通孔の表面に金属めっき、例えば、銅めっきがなされて形成されているが、さらに、その孔の内部をはんだで埋め込んでいることが好ましい。
【００２１】
本発明に用いる配線パターン４は、フィルム基材３の少なくとも一方の面において、半導体素子と配線パターンとの接続に用いる固着電極８および取り出し電極９を含むものであり、これらは配線パターン４の形成時に配線パターンの一部として同時に形成されるものである。なお、取り出し電極９は、配線パターン上に、例えば、ニッケル／金からなるめっき等によりめっき膜を形成して設けられる。
【００２２】
本発明に用いる半導体素子５は、公知の半導体素子であれば特に限定されずに用いることができるが、本発明の半導体装置の高い放熱性を有効に発揮することができることから、パワートランジスタやパワー集積回路装置等の高出力で高発熱の半導体素子であることが好ましい。この半導体素子５は、はんだにより形成された接着層１０を介して固着電極８に接合され、さらに、ボンディングワイヤ１１により取り出し電極９と結合され、フィルム基材上で回路を形成するものである。
【００２３】
接着層１０に用いるはんだとしては、公知の共晶はんだを用いることができ、Ｐｂが含まれるはんだでもよいが、例えば、Ｓｎ−３％Ｃｕ−０．５％Ａｇで構成されるはんだ（融点２１７℃）のようなＰｂフリーはんだを用いることが環境保護の観点から好ましい。
【００２４】
本発明に用いる封止樹脂層６は、半導体素子５を保護するために形成されるものであり、半導体素子の封止に用いられている封止樹脂、例えば、汎用のトランスファーモールド半導体用封止樹脂、であれば、特に限定されずに用いることができる。この封止樹脂としては、熱硬化系のエポキシ樹脂、例えば、ＫＥ−Ｇ３０００（京セラケミカル社製、商品名）等、であることが好ましい。
【００２５】
本発明に用いるバンプ電極７は、はんだ等の金属からなる金属ボールであればよく、特にはんだボールであることが好ましい。ここで用いるバンプ電極としては、融点が２００℃以上の高温はんだであることが、半導体素子の発する熱の放熱に対する信頼性が高い点で好ましい。
【００２６】
また、ここで用いるはんだとしては、共晶はんだを用いることができ、Ｐｂが含まれるはんだでもよいが、例えば、Ｓｎ−３％Ｃｕ−０．５％Ａｇで構成されるはんだ（融点２１７℃）のようなＰｂフリーはんだを用いることが環境保護の観点から好ましい。
【００２７】
なお、図２はビアホール２の構成を説明するために、図１の半導体装置の一部を拡大した図である。半導体装置１のフィルム基材３に形成されたビアホール２は、より具体的には、ビアホール２１とビアホール２２という２種類の構成が挙げられる。ビアホール２１は、フィルム基材３に形成された貫通孔の表面に導電性材料がめっきされたスルーホールメッキ２１ａからなり、ビアホール２２は、フィルム基材３に形成された貫通孔の表面に導電性材料がめっきされたスルーホールめっき２２ａおよびそのスルーホールめっきの内部の空間に埋め込まれたはんだ２２ｂからなるものである。
【００２８】
このスルーホールめっきによりフィルム基材３の両面は電気的に接続が可能となり、フィルム基材を介して形成されたそれぞれの配線パターンを接続したり、一方の面に形成された配線パターンと他方の面に形成された他の機器への接続端子とを接続したりすることができる。なお、通常、この導電性材料としては銅が用いられる。
【００２９】
また、スルーホール内部に埋め込まれたはんだは、スルーホールめっきと同様に電気的な接続をするとともに、半導体素子から発生する熱を半導体素子の実装されていない側へ伝え、その端部において空気中へ熱を放出させるものであり、半導体装置の放熱性を高める効果を奏するものである。本発明の半導体装置は、さらに、熱の放出側においてビアホールに、バンプ電極が接合されており、このバンプ電極は空気との接触面積を大きくするため、放熱性に優れたものとなる。このとき、バンプ電極をはんだボールとすれば、特に優れた放熱性を有することとなり好ましく、その接合位置が、ビアホールの直下となるように形成することがより好ましい。ここで、ビアホールの直下とは、ビアホールの軸心の延長線上にはんだボールの中心が位置するようにして、ビアホールとはんだボールを直接接触する位置をいう。
【００３０】
本発明の半導体装置は、以上のような構成とすることにより半導体素子からの発熱に対して十分な放熱が図れるとともに、バンプ電極による他の基板、機器等への接合強度を向上させることができるものである。また、本発明の半導体装置は、その厚さが０．２〜１．０ｍｍと薄型でありながら放熱性が高く、その製造工程も安定して行うことができる。
【００３１】
次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３２】
本発明の半導体装置の製造方法は、ガラス転移温度が３００℃以上のフィルム基材の両面又は片面に、配線パターンを形成する配線パターン形成工程と、配線パターンが形成されたフィルム基材に貫通孔を形成し、該貫通孔の表面を金属めっきしてビアホールを形成するビアホール形成工程と、フィルム基材の一方の面において、配線パターンと半導体素子とを接続する半導体実装工程と、半導体実装工程で実装された半導体素子を絶縁性の封止樹脂で封止する半導体封止工程と、フィルム基材の他方の面において、ビアホールと接合したバンプ電極を形成するバンプ電極形成工程と、を有するものである。
【００３３】
ここで、本発明における配線パターン形成工程は、フィルム基材の両面又は片面に銅箔を張り合わせた銅張り板をエッチングして形成してもよいし、スパッタリング、アディティブメッキ等を用いて直接描画して形成してもよく、製造の実情に合わせて適宜選択すればよい。
【００３４】
本発明におけるビアホール形成工程は、フィルム基材にドリル又はレーザーを用いて開口させて貫通孔を形成し、次いで、貫通孔の表面を金属めっきを施しスルーホールめっきを形成し、フィルム基材の両面を電気的に接続可能とするものである。また、半導体素子の放熱性を高めるためには、スルーホールめっきの内部をはんだで埋め込むことが好ましい。
【００３５】
また、上記した配線パターン形成工程とビアホール形成工程は、その順番を逆にして行ってもよく、また、同時に行ってもよい。
【００３６】
本発明における半導体実装工程は、配線パターン形成工程でパターンの一部として形成された固着電極および取り出し電極とを半導体素子とそれぞれ結合し、回路を形成するものである。
【００３７】
まず、フィルム基材に形成された固着電極と半導体素子とを半導体素子接着層を介して接着するが、これは、接着層を溶融して、半導体素子をダイボンディングすればよい。ここで用いる接着層としては、はんだを用いる。その理由は有機系ダイボンディング材に比べて、半導体素子の発熱に対する信頼性が高いためである。このはんだは、公知の共晶はんだを挙げることができ、Ｐｂが含まれるはんだでもよいが、例えば、Ｓｎ−３％Ｃｕ−０．５％Ａｇで構成されるはんだ（融点２１７℃）のようなＰｂフリーはんだを用いることが環境保護の観点から好ましい。次に、半導体素子と取り出し電極とをワイヤボンディングにより接続するが、ワイヤーボンディング方法としては、例えば、超音波併用熱圧着法等により電極間を接続することができる。
【００３８】
本発明のフィルム基材として、引張り弾性率が３０００ＭＰａ以上で、かつ、熱膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以下である基材を用いると、特に基材自体の強度が高いため、半導体実装時の操作において安定した実装操作を行うことができる。
【００３９】
本発明における半導体封止工程は、半導体素子を保護するために基材フィルム上を被覆するように樹脂層を形成するものであり、半導体を封止するための公知の方法であれば、特に限定されずに用いることができ、例えば、トランスファーモールド等の封止、成形方法により行うことができる。
【００４０】
本発明におけるバンプ電極形成工程は、例えば、真空で金属ボールを治具に吸着し、電極の所定位置に配置して、リフローにて形成させることができる。この金属ボールとしては、バンプとして機能するように導電性を有するはんだ等の金属を用いるもので、はんだであることが好ましい。
【００４１】
ここで用いるはんだとしては、共晶はんだを用いることができ、Ｐｂが含まれるはんだでもよいが、例えば、Ｓｎ−３％Ｃｕ−０．５％Ａｇで構成されるはんだ（融点２１７℃）のようなＰｂフリーはんだを用いることが環境保護の観点から好ましい。
【００４２】
また、本発明の半導体装置の製造は、一枚のフィルム基材に複数個の半導体素子を実装する多面取りにより行うことが好ましく、上記した製造方法の各工程を各半導体素子について行うことにより、その複数個を一括モールドし、バンプを形成した後、ダイシングして、図１に示した半導体装置を単位とした半導体パッケージを一個ずつ切り出して製造することができる。
【００４３】
このような製造方法を用いれば、本発明の半導体装置の複数個を一括して製造することにより、製造コストを抑えることができ好ましい。また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の基材としてフィルム基材を用いているため、このような一括した製造が容易であって、好ましい態様である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置の概略断面図である。
【図２】図１の半導体装置の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…半導体装置、２…ビアホール、３…フィルム基材、４…配線パターン、５…半導体素子、６…封止樹脂層、７…バンプ電極（はんだボール）、８…固着電極、９…取り出し電極、１０…接着層、１１…ボンディングワイヤ、２１，２２…ビアホール
【図１】
2007073593.tif 000003
【図２】
2007073593.tif 000004